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基本信息

項(xiàng)目名稱:
自然復(fù)氧生物膜復(fù)氧效率的研究
小類:
能源化工
簡(jiǎn)介:
針對(duì)目前環(huán)境不斷惡化的現(xiàn)象,本作品將建筑上用的防水透氣膜與生物膜相結(jié)合,制作了自然復(fù)氧生物膜,并用便攜式溶解氧儀對(duì)其復(fù)氧效率進(jìn)行了研究,效果非常明顯。
詳細(xì)介紹:
我們?cè)O(shè)想有一種膜可以順利得讓空氣通過,而且能浸沒于水中但又不能讓水分子透過它,經(jīng)過我們的探索發(fā)現(xiàn)了建筑用的防水透氣膜,能把水阻隔在膜外面,讓氧氣透過膜進(jìn)入水體內(nèi)部。然而這種膜又需要一種支架把他支撐起來以免它在水中滑動(dòng)而影響充氧效果,我們?cè)谑忻嬲业搅顺R姷目曜踊\,將好幾個(gè)筷子籠組裝成一個(gè)深度接近1米的中心支架,將防水透氣膜裹在其外側(cè),用于支撐防水透氣膜所承受的水壓,而如果直接這樣應(yīng)用于水體修復(fù)中的話,由于微生物的生長(zhǎng)很容易就將防水透氣膜給堵住了,那么處理效果將會(huì)很不理想。因此我們想到了再給防水透氣膜的外周掛上組合填料,這樣一來不但可以防止堵塞防水透氣膜影響其復(fù)氧效率,而且增加了微生物附著生長(zhǎng)的表面積,但是我們的填料往往比較輕,在水中由于浮力的作用,會(huì)浮起來,同時(shí)也會(huì)偏移,將不利于我們實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,所以在底部設(shè)置掛鉤將填料系在裝置底部。又考慮到水中總有一些漂浮物質(zhì),如果不對(duì)我們的裝置采取保護(hù)的話,時(shí)間久了這些雜質(zhì)沉積在填料和防水透氣膜上也會(huì)影響反應(yīng)效果,因此我們?cè)谧钔鈧?cè)再給它設(shè)置保護(hù)支架。另外一但裝置置于水中將會(huì)由于水的浮力作用而無法保持平衡,所以在整個(gè)裝置最底部掛一重物作為配重,使反應(yīng)裝置的重力略大于浮力,并且重心的位置在浮心下面,即使反應(yīng)裝置發(fā)生傾斜,在重力的作用下,仍能回到垂直位置,不會(huì)發(fā)生側(cè)翻。再在裝置頂端設(shè)置連接件以便將反應(yīng)裝置懸掛在設(shè)置于水面上的拉繩或支架上,保證反應(yīng)裝置能夠浸沒在水中,連接件可以上下調(diào)節(jié),以改變反應(yīng)裝置浸沒的深度。采用原位生物修復(fù),將反應(yīng)裝置浸沒在受污染水體中,由中心支架1和防水透氣膜4形成深入水體的空氣柱,空氣柱伸出水面和大氣相通,氧氣透過防水透氣膜進(jìn)入水體內(nèi)部。水面和防水透氣膜的共同作用形成了立體自然復(fù)氧的效果,極大地提高了氧向水中的傳遞速率和傳遞量。水中的土著或接種微生物吸附在填料5上,它們利用水中的氧氣分解代謝有機(jī)物取得能量,并利用氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)在填料上的生長(zhǎng)繁殖,形成生物膜。生物膜形成后,依靠吸附和生化作用,將水中污染物去除。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本課題將對(duì)自然復(fù)氧生物膜復(fù)氧效率的研究,得到高度及寬度對(duì)其傳遞性能的影響;并且達(dá)到利用防水透氣膜防水透氣的原理來解決目前生物膜法需要不斷曝氣以滿足運(yùn)行過程中微生物對(duì)氧氣的需求量,從而減少能耗、降低成本和運(yùn)行費(fèi)用。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

第一次采用了建筑上用的用高分子材料自作的防水透氣膜,它不僅可以防水而且可以透氣,利用它作為氧氣傳遞的媒介,而不再使用傳統(tǒng)的增氧方式,大大降低了能耗,是一種比較環(huán)保的修復(fù)技術(shù)。 首次將建筑上用的防水透氣膜與我們的生物膜技術(shù)相結(jié)合,使得本裝置不但具有防水透氣膜的自然復(fù)氧的優(yōu)點(diǎn),又具有生物膜法對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性,操作穩(wěn)定性好。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本作品采用建筑上用的防水透氣膜作為自然復(fù)氧媒介,并配合所研制的生物膜反應(yīng)器進(jìn)行地表水的生物膜修復(fù)。通過本課題的研究將有助于在生物膜復(fù)氧、生物膜反應(yīng)器和受污染地表水的生物修復(fù)等研究領(lǐng)域開辟一種新的思路和方法。具有良好的經(jīng)濟(jì)效益,環(huán)境效益和社會(huì)效益。

學(xué)術(shù)論文摘要

針對(duì)地表水的污染狀況,人們采用了不少修復(fù)方法,其中利用生物膜方法進(jìn)行地表水修復(fù)具有效率高的特點(diǎn)。微生物的好氧生物降解需要氧氣的參與,傳統(tǒng)的復(fù)氧一般靠風(fēng)機(jī)或機(jī)械的作用,這無疑會(huì)增加處理的成本。本研究采用的自然復(fù)氧膜將氧氣引入水體內(nèi)部,微生物在膜外面懸掛的組合填料上生長(zhǎng)形成生物膜,以此來修復(fù)水體。 以簡(jiǎn)潔實(shí)用為出發(fā)點(diǎn),設(shè)計(jì)并制作了自然復(fù)氧生物膜反應(yīng)裝置,而后初步測(cè)定了自然復(fù)氧生物膜的氧氣傳遞效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了自然復(fù)氧生物膜的存在加速了水體復(fù)氧的過程,初步認(rèn)定其氧氣傳遞性能良好。

獲獎(jiǎng)情況

鑒定結(jié)果

參考文獻(xiàn)

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同類課題研究水平概述

針對(duì)地表水的污染狀況,目前人們采用了不少修復(fù)方法,試圖使其恢復(fù)到原來的狀態(tài)。常規(guī)的水體修復(fù)技術(shù)主要包括:化學(xué)修復(fù)法、物理修復(fù)法、生態(tài)修復(fù)法和生物修復(fù)法[1]。污染地表水體的特殊性質(zhì)增加了物理法、化學(xué)法修復(fù)的困難性。生物修復(fù)是利用植物、動(dòng)物及微生物對(duì)污染物的富集、吸收降解等作用來修復(fù)水體。修復(fù)過程可自然、原位地進(jìn)行,工程投資僅為物理法、化學(xué)法修復(fù)的30%~50%[2]。 狹義的生物修復(fù)主要指微生物修復(fù)。微生物修復(fù)技術(shù)指利用天然存在的或特別培養(yǎng)的微生物,在可調(diào)控環(huán)境條件下,通過微生物的降解和生物轉(zhuǎn)化作用,變有毒有害污染物為無毒無害物質(zhì)的環(huán)境污染處理技術(shù),其核心為微生物學(xué)過程。但傳統(tǒng)意義的微生物修復(fù)的特點(diǎn)是利用游離優(yōu)勢(shì)微生物的降解作用,隨著污染物逐漸趨向成分更復(fù)雜、易積累難降解和毒性影響更長(zhǎng)期,因而微生物修復(fù)就更顯得重要。因?yàn)榭梢酝ㄟ^各種技術(shù)手段馴化、篩選和培養(yǎng)出適應(yīng)這些污染物的優(yōu)勢(shì)微生物菌種。 目前國(guó)內(nèi)外使用最多的生物凈化技術(shù)是投菌技術(shù)、生物膜技術(shù)和水體復(fù)氧曝氣技術(shù)等。但是我們目前所采用的這些生物修復(fù)技術(shù)具有一些不足的地方。主要表現(xiàn)在:需要進(jìn)、出水和排泥裝置,結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,投資也高;反應(yīng)裝置需要使用水泵和氣泵,運(yùn)行時(shí)有噪聲,維護(hù)比較復(fù)雜,運(yùn)行費(fèi)用也較高等。 為了解決上述不足和缺點(diǎn),近年來,人們將生物膜技術(shù)引入到各種地表水的微生物修復(fù)工藝中,取得了顯著的效果。然而在生物膜處理技術(shù)中,向微生物提供足夠的氧氣量是非常有必要的。這從另一個(gè)方面說明,生物膜技術(shù)和水體復(fù)氧量是密切相關(guān)的。 對(duì)于一般受污染的地表水,主要受到生活污水和河流底泥向水體釋放的NH4+-N、總磷的影響。這些污染物很容易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化,也是當(dāng)前地表水需要重點(diǎn)控制的指標(biāo)。由于在對(duì)NH4+-N的去除方面,硝化菌和反硝化菌具有較低的比生長(zhǎng)速率,他們會(huì)消耗相當(dāng)量的溶解氧,導(dǎo)致水體中的溶解氧不足,而微生物因得不到充足的氧氣量而無法正常生存,也就打不到我們預(yù)期的結(jié)果。而如果采用合適的裝置設(shè)置可以為硝化菌和反硝化菌提供良好的微環(huán)境,并形成活性較高的生物膜,這樣就可以有效地降解水體中的NH4+-N。 此外以往在利用生物膜方法進(jìn)行廢水處理過程中所利用的生物膜載體方面,人們大多是隨機(jī)選取,對(duì)生物膜載體的有關(guān)表面特性或形狀對(duì)生物膜生長(zhǎng)的影響關(guān)系缺乏詳細(xì)的研究。
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